数字孪生技术赋能智慧环保三维可视化系统平台应用及发展

    引言

    近年来，随着环境问题变得越来越突出，公众对环境问题的关注也越来越多。采取合理有效的措施控制城市环境问题，已成为城市环境管理者面临的新挑战。但是，环境问题的形成是多种复杂因素共同作用的结果。传统的人工检查方法不仅难以真正从源头上消除可能威胁到城市环境的各种问题，而且无法取得城市环境治理的积极效果。特别是在当前城市快速发展、治理机构多样化、信息筛选复杂的时代，管理城市环境问题遇到了更多问题。

    智慧城市的发展以及数字孪生技术、人工智能(AI)、物联网等“互联网+”技术的广泛普及为城市环境治理带来了新的机遇。目前，在大中城市中，已经基本形成了基于物联网技术的城市环境监测预警网络，将大气、水、固体废物、噪声甚至光污染纳入控制范围。但是，在智慧环保的推广和应用中仍然存在一些突出的问题，值得城市管理者的重视和思考。

    1、智慧环保的概念和内涵

    智慧环保主要是指将大数据、云计算、人工智能、数字孪生技术和其他“互联网+”思想和概念，与基于物联网的智能软硬件系统集成到基于传统城市环境治理模型的城市环境治理中。为了提高城市环境监测系统的效率，需要改变城市环境污染的治理模式，并利用数字孪生信息平台和智能系统优化城市环境。

    1.1数字环保是智慧环保的基础

    与传统的城市环境治理模式相比，实现环境监测设备的数字化和联网是智能环保的基础。为各种环境监测传感器安装实时数据传输和预警设备，可以有效地实现目标区域的全天候无人值守环境监测。一方面减轻了环保人员的检查监督压力，另一方面也大大减轻了环保人员的检查监督压力，降低了公司的非法盗窃的可能，防止各种可能导致环境过载的情况。

    1.2治理模式的智慧型是智能环保的重要特征

    在数字环境保护的基础上，通过收集和整理城市中分布的众多环境传感器数据，将“互联网+”技术和数字孪生技术应用于环境保护数据分析，利用云计算和大数据信息处理的优势，实现人工智能辅助的环境管理，调整城市环境治理模型以及对各种环境问题的计算机辅助响应，可以实现数字环境保护向智慧环境保护的转变。此时，具体的环境数据监测工作不需要太多的人工干预，环境保护人员的主要任务已经完成了从检查监督向监视监督的过渡。

    1.3相互联系和协调的环境治理概念是智慧环保的重点

    除了对外部硬件进行智能改造和升级外，改变城市环境保护与治理的思维方式也是智慧环保的核心。将最初不相关的各种环境问题，通过相关监管机构有机地整合在一起，以实现信息的协调与联系。借助先进的硬件和智能软件，实现了城市环境治理的整合。只有通过协同思维来处理和解决各种城市环境问题，我们才能从根本上实现城市环境治理模式的转变。

    2、中国智能环保的发展现状

    作为智慧城市的重要组成部分，智慧环境保护是现实中智慧治理应用的具体体现。尽管早在2009年首次提出智能城市的概念时就试图应用和推广智能环保，但我国目前的应用还处于起步阶段，以下总结了几个方面的特征。

    2.1战略规划和总体框架已初具规模

    运用智慧的环保理念和数字孪生解决方案来解决城市环境问题，已在各级学术界和环保部门之间达成共识，环境信息化已成为主流。国家多项重要文件明确指出，智慧环境保护是我国解决环境问题的重要手段和方法。环境保护部和地方环境保护部门正在积极响应国家有关呼吁，更新设备和技术手段，加强环境信息建设。当前，国家和地区两级智能环保的发展框架已初步形成。深圳、无锡、宁波、沈阳等许多城市已经进入了智能环保的应用阶段。中国智能环保的发展已初具规模，并逐渐进入广泛应用的阶段。

    2.2相关基础设施的基本建设

    作为智慧环保的基础设施，分布式环境传感器系统已在我国大多数大中型城市和环境问题突出的城市中建立，取代了以前基于人工监视的环境监视站点。大部分城市基本建立了针对空气污染、水质污染、固体废物污染和噪声污染的多信息环境自动监测网络，基本实现了24小时不间断的综合监测和实时数据传输的目标。

    2.3仍处于从“数字环保”到“智慧环保”的过渡时期

    尽管我国城市环境保护和环境治理已经基本实现硬件升级，已经满足了数字环境保护的相关技术标准和要求，但是智能环保的应用和实施仍然面临许多问题。目前，环境保护部门从传感器系统，报告平台和交易管理平台获得的各种数据只能直观地应用或经过简单分析，仅停留在业务数字化阶段。如环保预警、深度分析和决策协助等高端数据应用功能尚未有效地应用于环境治理过程中。在城市环境治理的“智能”应用中仍有很大的改进空间。

    3、智慧环保治理解决方案

    智能环境保护是一个完整而全面的环境治理概念和操作系统，其解决方案包括许多不同的功能模块。这些模块共同致力于城市环境治理的实践，并将城市环境治理带入一个新的历史时期。智慧环保数字孪生治理解决方案通常具有不同的形式，并根据不同的城市特征和功能要求集中在不同的城市，但基本上，它们都包括分布式环境传感器系统、监测和预警平台以及环境报告系统、环境控制和处置模块。

    3.1分布式环境传感器系统

    分布式环境传感器系统是智慧环保的眼睛、鼻子、耳朵和神经末梢。通过在城市广泛分布的各种环境数据监测传感器，系统可以使用网络和通信线路将声音、图像和各种专业环境监测数据实时上传到环境监测部门的服务器，以进行后续的环境预警、监督，为环境治理提供第一手资料。与传统的人工环境监测相比，分布式环境传感器系统可以具有更广泛的地理分布范围和更多样化的监测类别。它的监视功能不受时间和区域的限制，并且可以实现实时反馈、全面反馈和精确反馈。

    3.2监测预警平台和环境报告系统

    该系统可以通过公共报告和对环境传感器传输的各种数据的初步分析，独立地区分影响城市环境质量的各种环境问题，并向环境控制和处置中心提供有针对性的反馈，在信息筛选和信息传递中发挥了作用重要角色。由于智慧环保系统具有很高的智能度，因此该系统可以根据数据库中各种环境数据的预警值和安全上限，独立地识别环境问题的严重性和预警级别，并提示相关工作人员采取应对措施。

    3.3环境控制与处置中心

    环境控制与处置中心是城市环境处置与治理的中心和大脑。在中心对各种信息进行总结和深入分析。借助大数据、云计算、（ztmapinfo）打造的数字孪生等技术，系统可以根据各种环境问题的性能和特征更准确地选择各种预编译计划，供决策者选择并提供分析数据和其他决策依据。在环境控制和处置中心的帮助下，城市环境治理变得更加科学和规范。智能控制与处置不仅符合城市环境治理本身的特点，而且可以有效避免人工决策的偏见和错误。

    3.4在线事务处理平台

    该平台是环境保护部门的在线办公室，主要完成网上环境保护行政事务的处理，特别是各种环境保护审批、年度资格检查和费用支付。平台的建立和使用，可以有效转移工作大厅的人员流动和业务压力，还可以优化环保行政审批的过程和时间，提高环保部门的工作效率。此外，通过对环境控制与处置中心的深入分析，在线平台上获得的交易处理信息数据还可以反映出城市环境治理的一些现象和问题，为环境决策者和环境管理者提供参考。

    在城市环境治理过程中，地方环保部门和相关管理人员可以根据当地需求，根据以上四个模块，独立调整和完善智慧环保解决方案，打造智慧城市。具有地方特色的环境保护管理体系。

    4、结束语

    现阶段必须将智慧环境保护的相互联系和协调的核心思想纳入城市环境治理的实践中，并从数字环境保护和信息化角度促进环境治理。只有真正建立面向人民和公共服务需求的城市环境治理网络，才能将智慧环境保护的理念和措施付诸实践并服务于人民。